第1章数据库系统导论

1、数据库技术及应用数据库技术及应用哈尔滨工程大学经管院哈尔滨工程大学经管院 姜金贵姜金贵 数据库技术及应用数据库技术及应用 课程学时课程学时: 48: 48（理论（理论3232上机上机1616） Email: Email: 所属院系所属院系: : 经管院管理工程系经管院管理工程系 考核方式考核方式: : 闭卷闭卷 平时成绩平时成绩: 10: 10（上机）（上机）讲授内容介绍讲授内容介绍第第1章章 数据库系统导论数据库系统导论第第2章章 关系数据库基本理论关系数据库基本理论第第3章章 实体实体-联系模型联系模型第第4章章 数据库设计数据库设计第第5章章 Delphi 7基础知识及基础知识及Delp

2、hi 7与数据库与数据库第第6章章 关系数据库标准语言关系数据库标准语言SQL第第7章章 SQL Server 2005关系数据库管理系统关系数据库管理系统第第8章章 数据库保护及数据库保护及SQL Server的数据库保护技术的数据库保护技术第第9章章 使用使用BDE组件开发数据库应用程序组件开发数据库应用程序第第10章章 使用使用TQuery组件和组件和SQL语言编程语言编程第第11章章 学生信息管理系统开发学生信息管理系统开发第第1 1章章 数据库系统导论数据库系统导论 本章要点：本章要点： 数据处理的概念数据处理的概念 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 数据模型数据模型 数据库系统

3、体系结构数据库系统体系结构 数据库系统组成数据库系统组成 数据库管理系统的组成数据库管理系统的组成 客户客户/服务器数据库系统概述服务器数据库系统概述1.1 1.1 数据处理概念数据处理概念 1.1.1 数据与信息数据与信息 1数据数据 数据是描述事物的符号。可以有多种形式，数字、文字、数据是描述事物的符号。可以有多种形式，数字、文字、图形、图像和声音等都是数据。图形、图像和声音等都是数据。 2信息信息 信息是现实世界中的各种事物、事物的特征及其联系等信息是现实世界中的各种事物、事物的特征及其联系等在人脑中的反映，是经过处理、加工提炼而用于决策制定或在人脑中的反映，是经过处理、加工提炼而用于决

4、策制定或其他应用活动的数据。其他应用活动的数据。 例如：例如： 数据：数据：1、3、5、7、9、11、13、15 数据：数据：1、3、2、4、5、1、41。1.1 1.1 数据处理概念数据处理概念 3数据与信息的关系数据与信息的关系 任何事物的属性都是通过数据来表示的。数据经过加工任何事物的属性都是通过数据来表示的。数据经过加工处理之后，成为信息。而信息必须通过数据才能传播，才能处理之后，成为信息。而信息必须通过数据才能传播，才能对人类有影响。对人类有影响。 信息和数据是两个既有联系又有区别的概念，数据是信信息和数据是两个既有联系又有区别的概念，数据是信息的载体，信息是数据的内涵。同一信息可以

5、有不同的数据息的载体，信息是数据的内涵。同一信息可以有不同的数据表示形式，而同一数据也可能有不同的解释。表示形式，而同一数据也可能有不同的解释。 1.1.2 数据处理与数据管理数据处理与数据管理 数据处理：从已知的、原始的或杂乱无章中的数据数据处理：从已知的、原始的或杂乱无章中的数据中推导出对人们有用的数据或信息的过程。中推导出对人们有用的数据或信息的过程。 数据处理的目的就是从大量的数据中抽取出有用的信息。数据处理的目的就是从大量的数据中抽取出有用的信息。 特点：特点：计算简单计算简单，一般不涉及复杂的数据模型，一般不涉及复杂的数据模型，数据量大数据量大而且数据之间存在而且数据之间存在复杂的

6、联系复杂的联系。核心不是数据运算而是数。核心不是数据运算而是数据管理。据管理。 数据管理：指数据的收集、整理、组织、存储、查数据管理：指数据的收集、整理、组织、存储、查询和传送等各种操作，是数据处理的基本环节，是询和传送等各种操作，是数据处理的基本环节，是任何数据处理任务的共性部分。任何数据处理任务的共性部分。 数据库技术就是一门数据管理技术。数据库技术就是一门数据管理技术。1.2 1.2 数据管理技术的发展数据管理技术的发展 三个阶段：三个阶段：（1）人工管理阶段）人工管理阶段（2）文件管理阶段）文件管理阶段（3）数据库管理阶段）数据库管理阶段 （1 1）人工管理阶段（）人工管理阶段（505

7、0年代前）年代前） 外部存储器只有磁带、卡片和纸带等，一个数据文件对应外部存储器只有磁带、卡片和纸带等，一个数据文件对应一个应用程序，程序和数据文件基本上是一个应用程序，程序和数据文件基本上是绑在一起绑在一起的。的。 不单独保存数据。数据与程序是一个整体，数据只为本程不单独保存数据。数据与程序是一个整体，数据只为本程序所使用，必须全面考虑好相关的数据，包括数据的定义、序所使用，必须全面考虑好相关的数据，包括数据的定义、存储结构以及存取方法等。存储结构以及存取方法等。 数据的独立性差，无法实现数据共享，数据冗余度大。数据的独立性差，无法实现数据共享，数据冗余度大。应用程序应用程序1应用程序应用程

8、序2应用程序应用程序N数据文件数据文件1数据文件数据文件2数据文件数据文件N人工管理方式人工管理方式 外部存储器已有磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。外部存储器已有磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。通过通过文文件管理系统件管理系统对数据进行存取。对数据进行存取。 但文件之间相互独立、缺乏联但文件之间相互独立、缺乏联系。数据之间的联系要通过程序构造。系。数据之间的联系要通过程序构造。（2）文件管理阶段（）文件管理阶段（6070年代）年代）应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序N数据文件数据文件1数据文件数据文件2数据文件数据文件N文件文件管理管理系统系统文件管理方式文件管理方式 文件管

9、理阶段的主要特点：文件管理阶段的主要特点：（1）辅助存储器用来存放数据文件。）辅助存储器用来存放数据文件。（2）出现了文件管理系统。对驻留在外存储器上的数据文件实）出现了文件管理系统。对驻留在外存储器上的数据文件实施统一管理。施统一管理。（3）数据文件可能重复利用，不再与某个应用程序绑在一起。）数据文件可能重复利用，不再与某个应用程序绑在一起。 文件管理阶段的缺点：文件管理阶段的缺点：（1）文件结构都是为某一应用设计的，系统难以扩展。）文件结构都是为某一应用设计的，系统难以扩展。（2）程序和文件相互依存、数据冗余大、数据的不一致性以及）程序和文件相互依存、数据冗余大、数据的不一致性以及不能反映

10、企业间的业务联系。不能反映企业间的业务联系。（3 3） 数据库管理阶段数据库管理阶段 数据库系统阶段的程序和数据的联系通过数据库管数据库系统阶段的程序和数据的联系通过数据库管理系统（理系统（DBMS）来实现，数据库系统与文件系统）来实现，数据库系统与文件系统的区别在于，数据库方式面向整个系统，而文件方的区别在于，数据库方式面向整个系统，而文件方式面向具体应用，即数据库系统把一个组织中的式面向具体应用，即数据库系统把一个组织中的公公用数据用数据综合在一起，放在一个公用的数据库中，并综合在一起，放在一个公用的数据库中，并将各项数据按照一定的将各项数据按照一定的逻辑关系逻辑关系构造在一起，使数构造在

11、一起，使数据不仅存在于数据库中，而且还能反应各类数据之据不仅存在于数据库中，而且还能反应各类数据之间的复杂关系。组织中的用户访问数据时，可以通间的复杂关系。组织中的用户访问数据时，可以通过特定的软件调用相关数据，形成逻辑文件。过特定的软件调用相关数据，形成逻辑文件。应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序N逻辑文件逻辑文件1逻辑文件逻辑文件2逻辑文件逻辑文件N用户用户1用户用户2DBMS用户用户N DB数据库管理阶段的特点：数据库管理阶段的特点：1数据共享性：从整体观点看待和描述数据。数据不再分数据共享性：从整体观点看待和描述数据。数据不再分属于各个应用程序，而是集中存储在一起。属

12、于各个应用程序，而是集中存储在一起。共享数据共享数据 + 私有数据私有数据2具有较高的数据与程序的独立性（映射：逻辑与物理；具有较高的数据与程序的独立性（映射：逻辑与物理；局部与全部）局部与全部）3便于对数据实行集中统一的控制：数据要保证正确、有便于对数据实行集中统一的控制：数据要保证正确、有效和相容，被各个客户共享。控制功能包括：数据的安效和相容，被各个客户共享。控制功能包括：数据的安全性控制、完整性控制（正确、有效）、并发控制。全性控制、完整性控制（正确、有效）、并发控制。1.3 1.3 数据模型数据模型1.3.1 信息世界的术语信息世界的术语 实体：实体是指客观存在并可相互区分的事物，不

13、但指人实体：实体是指客观存在并可相互区分的事物，不但指人和物，而且事件、抽象的状态和概念也可以看作实体。和物，而且事件、抽象的状态和概念也可以看作实体。 属性：是实体所具有的某一属性：是实体所具有的某一特征特征，一个实体可由若干属性，一个实体可由若干属性来刻画。来刻画。 实体集：具有相同类特征的实体集合称为实体集。实体集：具有相同类特征的实体集合称为实体集。 联系：实体间的联系。根据联系的特点可分成三种基本类联系：实体间的联系。根据联系的特点可分成三种基本类型：型：1对对1的联系，的联系， 1对多的联系，多对多的联系对多的联系，多对多的联系 。 关键字：实体集中属性或属性组合，它的值能够识别实

14、体关键字：实体集中属性或属性组合，它的值能够识别实体中的每个实体，该属性或属性的组合称为该实体的集的关中的每个实体，该属性或属性的组合称为该实体的集的关键字（或键）。键字（或键）。 值域：实体属性的取值范围。值域：实体属性的取值范围。1.3.2 1.3.2 三大数据模型三大数据模型 客观世界的事物、事物的特征及事物之间的关系，客观世界的事物、事物的特征及事物之间的关系，反映在信息世界中就是实体、属性和联系。要被组反映在信息世界中就是实体、属性和联系。要被组织成数据库中的数据。织成数据库中的数据。 数据模型是数据库中用于提供信息表示和操作手段数据模型是数据库中用于提供信息表示和操作手段的的形式框

15、架形式框架，是将现实世界转化为数据世界的桥梁。，是将现实世界转化为数据世界的桥梁。 常用数据模型常用数据模型1层次模型层次模型2网状模型网状模型3关系模型关系模型 1 1层次模型层次模型 满足下列条件的基本层次联系的集合：满足下列条件的基本层次联系的集合：（1）有且仅有一个节点无父结点，此结点称为根结点；）有且仅有一个节点无父结点，此结点称为根结点；（2）根结点以外的其它结点有且仅有一个父结点。）根结点以外的其它结点有且仅有一个父结点。学院学院系系部部研究所研究所班级班级教研室教研室处处科科研究室研究室层次模式示意图层次模式示意图（1）可以有一个以上结点无父点）可以有一个以上结点无父点（2）至

16、少有一个结点具有一个或多个父结点。）至少有一个结点具有一个或多个父结点。 2网状模型网状模型ABCABCABCD图状模型示意图图状模型示意图 科迪科迪(E.F.Codd)与戴特与戴特(C.J.Date) 关系模型将实体与实体之间的关系抽象成一个关系模型将实体与实体之间的关系抽象成一个二维表。二维表。 3关系模型关系模型关系举例关系举例编号编号姓名姓名性别性别职称职称工资工资课程课程0001丁一丁一男男教授教授2300微机原理微机原理0002雪儿雪儿女女教授教授2300数据库及其应用数据库及其应用0003小兰小兰女女讲师讲师1800电子商务原理电子商务原理0004风仪风仪男男副教授副教授2100

17、C语言程序设计语言程序设计字段、域或属性字段、域或属性元组元组 关系的性质：关系的性质：（1）关系中不允许有相同的属性名；）关系中不允许有相同的属性名；（2）每一列的数据类型必须相同，且取自于同一）每一列的数据类型必须相同，且取自于同一个域；个域；（3）不允许有相同的元组；）不允许有相同的元组；（4）行的顺序和列的顺序可以任意排列；）行的顺序和列的顺序可以任意排列；（5）关系的任何一个属性都必须是不可再分的元）关系的任何一个属性都必须是不可再分的元素；素；（6）关系的结构）关系的结构相对相对固定，但元组的值与数目是固定，但元组的值与数目是随时间的推移而经常变化的。随时间的推移而经常变化的。1.

18、3.3 1.3.3 数据模型的三要素数据模型的三要素 1静态：数据结构。是所研究对象的类型的集静态：数据结构。是所研究对象的类型的集合，这些对象是数据库的组成成分。一般可以合，这些对象是数据库的组成成分。一般可以分为两类：一类是与数据类型、内容有关的对分为两类：一类是与数据类型、内容有关的对象；另一类是与数据之间联系有关的对象。象；另一类是与数据之间联系有关的对象。2动态：数据操作。是指对数据模型中各种对动态：数据操作。是指对数据模型中各种对象的实例所允许执行的操作，包括操作及有关象的实例所允许执行的操作，包括操作及有关的操作规则。数据操作是对系统动态特性的描的操作规则。数据操作是对系统动态特

19、性的描述。述。 3数据的完整性约束条件：数据的完整性约束数据的完整性约束条件：数据的完整性约束条件是完整性规则的集合。条件是完整性规则的集合。 1.4 1.4 数据库系统体系结构数据库系统体系结构 SPARC（Standards Planning And Requirements Committee）结构对数据库的组织从内到外分三个层次描述，分别称为结构对数据库的组织从内到外分三个层次描述，分别称为内模式、模式和外模式内模式、模式和外模式。SPARC结构如图结构如图 ：数据库的三级体系结构应用程序应用程序1UWA1应用程序应用程序2UWA2应用程序应用程序3UWA3外模式外模式A外模式外模式B

20、模式模式外模式外模式模式映射模式映射外模式外模式模式映射模式映射内模式内模式模式模式/内模式映射内模式映射DBMSDBDB1.4.1 1.4.1 模式模式 模式也称概念数据模式（模式也称概念数据模式（Conceptual Data Model），用来描述概念化结构，它反映的是数），用来描述概念化结构，它反映的是数据库据库数据组织数据组织的全局的全局逻辑观点逻辑观点，并不涉及数据的，并不涉及数据的物理存储。模式对应总体概念级数据库，故称为物理存储。模式对应总体概念级数据库，故称为数据库管理员视图。属于信息模型，常见有：实数据库管理员视图。属于信息模型，常见有：实体体-联系联系(E-R模型模型)、

21、扩展实体、扩展实体-联系联系(EER模型模型)、 IDEF1模型、面向对象模型等。模型、面向对象模型等。 E-R图为最常用；图为最常用； 强调语义表达能力，面向用户。强调语义表达能力，面向用户。1.4.2 1.4.2 内模式内模式 又称存储模式，反映数据的存储结构，具体又称存储模式，反映数据的存储结构，具体描述数据是如何被组织并存放在外部存储器描述数据是如何被组织并存放在外部存储器上。内模式由系统程序员选择一定的文件结上。内模式由系统程序员选择一定的文件结构进行组织，也是由他们编制程序实现数据构进行组织，也是由他们编制程序实现数据存取，故内模式也称系统程序员视图。存取，故内模式也称系统程序员视

22、图。 1.4.31.4.3外模式外模式 外模式是面向用户的，是呈现在用户面前的外模式是面向用户的，是呈现在用户面前的数据库，故外模式也称用户视图。通常外模数据库，故外模式也称用户视图。通常外模式是模式的一个子集，故外模式称为子模式，式是模式的一个子集，故外模式称为子模式，它包含允许特定用户使用的那部分数据。它包含允许特定用户使用的那部分数据。模式总结模式总结 模式是内模式的的逻辑表示；内模式是模式的物模式是内模式的的逻辑表示；内模式是模式的物理实现；外模式是模式的部分抽取。理实现；外模式是模式的部分抽取。 三个模式反映了三种不同观点：模式表示了概念三个模式反映了三种不同观点：模式表示了概念级的

23、数据库，体现了数据库的总体观；内模式表级的数据库，体现了数据库的总体观；内模式表示物理数据库，体现对数据库的存储观；外模式示物理数据库，体现对数据库的存储观；外模式表示用户数据库，体现对数据库的用户观。总体表示用户数据库，体现对数据库的用户观。总体观和存储观只有一个，而用户观可以有多个，一观和存储观只有一个，而用户观可以有多个，一个应用就有一个用户观。个应用就有一个用户观。层次层次实质实质面向面向代表代表模式模式概念级数据库概念级数据库数据库管理员视图数据库管理员视图总体观总体观内模式内模式物理数据库物理数据库系统程序员视图系统程序员视图存储观存储观外模式外模式用户数据库用户数据库用户视图用户

24、视图用户观用户观外模式外模式概念模式概念模式内模式内模式DBMS应用系统应用系统OS用户用户应用程序员应用程序员数据库管理员数据库管理员DBADB1.4.4 1.4.4 两种映射两种映射 在三个模式之间存在着两种映射在三个模式之间存在着两种映射 ：模式：模式/外模式映外模式映射射 ；模式；模式/内模式映射。内模式映射。 模式模式/外模式映射作用是保证数据的概念模式发生外模式映射作用是保证数据的概念模式发生变化的时，只改变映射关系，从而保证外模式不变化的时，只改变映射关系，从而保证外模式不变。而应用程序是根据外模式编写的，这种外模变。而应用程序是根据外模式编写的，这种外模式独立于模式的特征即逻辑

25、数据独立性。式独立于模式的特征即逻辑数据独立性。 模式模式/内模式映射作用当存储模式发生变化时，只内模式映射作用当存储模式发生变化时，只改变映射关系，从而保证模式和子模式不变，这改变映射关系，从而保证模式和子模式不变，这种逻辑数据独立于物理数据的特征，即物理独立种逻辑数据独立于物理数据的特征，即物理独立性。性。 映射的作用映射的作用 （1）保证了数据共享；）保证了数据共享； （2）有利于数据的安全保密；）有利于数据的安全保密； （3）方便用户使用数据库。）方便用户使用数据库。1.5 1.5 数据库系统组成数据库系统组成 基本计算机系统基本计算机系统 数据库（数据库（DB） 数据库管理系统（数据

26、库管理系统（DBMS） 数据库应用程序数据库应用程序 数据库管理员（数据库管理员（DBA）数数据据库库数据库管理系数据库管理系统统DBMS数据库管理数据库管理员员DBA应用应用1应用应用2应用应用n数据库系统数据库系统 数据库系统是指实际可数据库系统是指实际可运行的、按照数据库方运行的、按照数据库方式存储和维护数据，并式存储和维护数据，并向应用程序提供数据或向应用程序提供数据或信息支持的系统。信息支持的系统。1.5.1 1.5.1 基本计算机系统基本计算机系统 基本计算机系统是数据库系统运行的不可缺少的基本计算机系统是数据库系统运行的不可缺少的软硬件环境，除了应该具备使计算机能够运行起软硬件环

27、境，除了应该具备使计算机能够运行起来的基本配置以外，还有一些特殊的要求，如需来的基本配置以外，还有一些特殊的要求，如需要足够大的内存来存放操作系统、要足够大的内存来存放操作系统、DBMS核心模核心模块、数据缓冲区及应用程序等；要有足够大的内块、数据缓冲区及应用程序等；要有足够大的内存来存储和备份数据；还要求系统具有较高的通存来存储和备份数据；还要求系统具有较高的通道能力，以提高数据传送速率。道能力，以提高数据传送速率。1.5.2 1.5.2 数据库数据库 数据库（数据库（DB）一般是指为一个组织内各项应用所）一般是指为一个组织内各项应用所使用的相关联的数据的集合，可以把它看作数据使用的相关联的

28、数据的集合，可以把它看作数据的仓库，这个的仓库，这个“仓库仓库”中的数据彼此之间是有联中的数据彼此之间是有联系的、有规则的，而不是独立的，杂乱无章的。系的、有规则的，而不是独立的，杂乱无章的。数据库中的数据通常有两部分组成：一部分是有数据库中的数据通常有两部分组成：一部分是有关应用的数据集合，称为物理数据库，它是数据关应用的数据集合，称为物理数据库，它是数据库的主体；库的主体； 另外一个部分是关于各种数据结构的描述数据，另外一个部分是关于各种数据结构的描述数据，如表的结构、每个属性的数据类型等，称为描述如表的结构、每个属性的数据类型等，称为描述数据库，通常由一个数据字典（数据库，通常由一个数据

29、字典（Database Dictionary,DD)来管理。来管理。1.5.3 1.5.3 数据库管理系统数据库管理系统 为了使用数据库中的数据，必须由一个对这些数为了使用数据库中的数据，必须由一个对这些数据进行访问和控制的机构，这个机构就是数据库据进行访问和控制的机构，这个机构就是数据库管理系统（管理系统（DBMS）。它是基于某种数据模型对）。它是基于某种数据模型对数据库进行管理的系统软件，是数据库系统的核数据库进行管理的系统软件，是数据库系统的核心。图书馆为例：心。图书馆为例： 书库里图书集合：数据库书库里图书集合：数据库 读者：最终用户读者：最终用户 图书馆管理规则和图书管理员：数据库管

30、理系图书馆管理规则和图书管理员：数据库管理系统统1.5.4 1.5.4 数据库应用程序数据库应用程序 数据库应用系统是为了完成特定功能而由编程数据库应用系统是为了完成特定功能而由编程人员编写的，它与一般的计算机系统中的用人员编写的，它与一般的计算机系统中的用户程序基本相同。数据库应用程序可以用高户程序基本相同。数据库应用程序可以用高级语言编写，如使用级语言编写，如使用C,Delphi,VB等编写，但等编写，但是大多数数据库管理系统都自备一套语言。是大多数数据库管理系统都自备一套语言。1.5.5 1.5.5 数据库管理员数据库管理员 数据库管理员（数据库管理员（DBA）是指一组熟悉计算机数据）是

31、指一组熟悉计算机数据处理业务、负责设计和维护数据库的技术人员。处理业务、负责设计和维护数据库的技术人员。在数据库系统中，数据是面向整个组织的，在设在数据库系统中，数据是面向整个组织的，在设计数据库时，既要考虑数据之间的固有关系，还计数据库时，既要考虑数据之间的固有关系，还要考虑组织中各用户使用数据的方式，同时还要要考虑组织中各用户使用数据的方式，同时还要考虑系统运行的效率，因此必须由专业人员对组考虑系统运行的效率，因此必须由专业人员对组织内的业务关系进行广泛细致深入的考察、归纳织内的业务关系进行广泛细致深入的考察、归纳和总结，才能理清各项数据之间固有关系。即使和总结，才能理清各项数据之间固有关系。即使数据库建成之后，随着时间的推移，某些应用会数据库建成之后，随着时间的推移，某些应用会过时，也会出现新的应用，因此必须由专业人员过时，也会出现新的应用，因此必须由专业人员对系统进行修改和扩充，甚至重新组织对系统进行修改和扩充，甚至重新组织,地位十分地